《半导体传感器》PPT课件.ppt

第10章 半导体传感器 10.1 半导体气敏传感器 1 10.2 湿敏传感器 10.3 色敏传感器 3 10.4 半导体式传感器的应用 4 2 10.1 半导导体气敏传传感器 气气敏传传感器是用来测来测 量气气体的类别类别 、浓浓度 和成分的传传感器，而半导导体气气敏传传感器是目前实实 际际使用最多的是半导导体气气敏传传感器。 由于气气体种类种类 繁多，性质质也各不相同，不可能用 一种传种传 感器检测检测 所有类别类别 的气气体，因此半导导体气气 敏传传感器的种类种类 非常多。 目前半导导体气气敏传传感器常用于工业业上天然气气、煤 气气、石油化工等部门门的易燃、易爆、有毒、有害 气气体的监测监测 、预报预报 和自动动控制。 10.1 半导导体气敏传传感器 10.1.1 气气敏电电阻的工作原理 气气敏电电阻的材料是金属氧属氧 化物，在合成材料时时 ，通过过化学计学计 量比的偏离和杂质杂质 缺陷制成，金 属氧属氧 化物半导导体分N型半导导体，如氧氧化锡锡、氧氧 化铁铁、氧氧化锌锌、氧氧化钨钨等，P型半导导体，如氧氧化 钴钴、 氧氧化铅铅、氧氧化铜铜、氧氧化镍镍等。为为了提高某 种气种气 敏元件对对某些气气体成分的选择选择 性和灵灵敏度 ，合成材料有时还时还 渗入了催化剂剂，如钯钯（Pd） 、铂铂（Pt）、银银（Ag）等。 10.1 半导导体气敏传传感器 金属氧属氧 化物在常温温下是绝缘绝缘 的，制成半导导体 后却显显示气气敏特性。通常器件工作在空气气中， 空气气中的氧氧和NO2这样这样 的电电子兼容性大的气气 体，接受来来自半导导体材料的电电子而吸附负电负电 荷，结结果使N型半导导体材料的表面空间电间电 荷层层 区区域的传导电传导电 子减减少，使表面电导减电导减 小，从从 而使器件处处于高阻状态状态 。一旦元件与与被测还测还 原性气气体接触触，就会与会与 吸附的氧氧起反应应，将将 被氧氧束缚缚的电电子释释放出来来，敏感膜表面电导电导 增加，使元件电电阻减减小。 10.1 半导导体气敏传传感器 该类气该类气 敏元件通常工作在高温状态温状态 （200450 ），目的是为为了加速上述的氧氧化还还原反应应。 例如，用氧氧化锡锡制成的气气敏元件，在常温温下吸附某 种气种气 体后，其电导电导 率变变化不大，若保持这种气这种气 体 浓浓度不变变，该该器件的电导电导 率随随器件本身温温度的升 高而增加，尤其在100300范围内电导围内电导 率变变化 很大。显显然，半导导体电导电导 率的增加是由于多数载数载 流 子浓浓度增加的结结果。气气敏元件的基本测测量电电路如图图 10-1（a）所示。氧氧化锡锡、氧氧化锌锌材料气气敏元件输输 出电压与温电压与温 度的关关系如图图10-1（b）所示。 10.1 半导导体气敏传传感器 图图中EH为为加热电热电 源，EC为测为测 量电电源，电电阻中气气 敏电电阻值值的变变化引起电电路中电电流的变变化，输输出 电压电压 （信号电压号电压 ）由电电阻Ro上取出。 图10-1 输出电压与温度关系 10.1 半导导体气敏传传感器 气气敏元件工作时时需要本身的温温度比环环境温温度高很多。 因此，气气敏元件结构结构 上，有电电阻丝丝加热热，结构结构 如图图 10-2所示，1和2是加热电极热电极 ，3和4是气气敏电电阻的一 对电极对电极 。 图图10-2 气气敏元件结构结构 10.1 半导导体气敏传传感器 10.1.2 气气敏传传感器的种类种类 气气敏电电阻元件种类种类 很多，按制造工艺艺上分烧烧 结结型、薄膜型、厚膜型。 1. 烧结烧结 型气气敏元件将将元件的电极电极 和加热热器均埋 在金属氧属氧 化物气气敏材料中，经经加热热成型后低 温烧结温烧结 而成。目前最常用的是氧氧化锡锡（SnO2 ）烧结烧结 型气气敏元件，它它的加热温热温 度较较低，一 般在200300，SnO2气气敏半导导体对许对许 多可 燃性气气体，如氢氢、一氧氧化碳碳、甲烷烷、丙烷烷、 乙醇等都有较较高的灵灵敏度。 10.1 半导导体气敏传传感器 2. 薄膜型气气敏元件采用真真空镀镀膜或溅溅射方法，在石 英或陶瓷基片上制成金属氧属氧 化物薄膜（厚度0.1m 以下），构构成薄膜型气气敏元件。 氧氧化锌锌（ZnO） 薄膜型气气敏元件以石英玻璃或陶瓷作为绝缘为绝缘 基片 ，通过真过真 空镀镀膜在基片上蒸镀锌镀锌 金属属，用铂铂或钯钯 膜作引出电极电极 ，最后将将基片上的锌氧锌氧 化。 10.1 半导导体气敏传传感器 氧氧化锌锌（ZnO）薄膜型气气敏元件以石英玻璃或 陶瓷作为绝缘为绝缘 基片，通过真过真 空镀镀膜在基片上蒸 镀锌镀锌 金属属，用铂铂或钯钯膜作引出电极电极 ，最后将将基 片上的锌氧锌氧 化。氧氧化锌锌敏感材料是N型半导导体 ，当当添加铂铂作催化剂时剂时 ，对对丁烷烷、丙烷烷、乙烷烷 等烷烃气烷烃气 体有较较高的灵灵敏度，而对对H2、CO2等 气气体灵灵敏度很低。若用钯钯作催化剂时剂时 ，对对H2、 CO有较较高的灵灵敏度，而对烷烃类气对烷烃类气 体灵灵敏度 低。因此，这种这种 元件有良好的选择选择 性，工作温温 度在400500的较较高温温度。 10.1 半导导体气敏传传感器 3. 厚膜型气气敏元件将气将气 敏材料（如SnO2、ZnO） 与与一定比例的硅凝胶胶混制成能印刷的厚膜胶胶。把厚 膜胶胶用丝网丝网 印刷到事先安装有铂电极铂电极 的氧氧化铝铝（ Al2O3）基片上，在400800的温温度下烧结烧结 12小时时便制成厚膜型气气敏元件。用厚膜工艺艺制成 的器件一致性较较好，机械强度高，适于批量生产产。 以上三种气种气 敏器件都附有加热热器，在实际应实际应 用时时 ，加热热器能使附着在测测控部分上的油雾雾、尘尘埃等 烧烧掉，同时时加速气气体氧氧化还还原反应应，从从而提高器 件的灵灵敏度和响应响应 速度。 10.2 湿敏传传感器 湿湿度是指大气气中的水蒸气气含量，通常采 用绝对湿绝对湿 度和相对湿对湿 度两种两种 表示方法。绝对绝对 湿湿度是指单单位空间间中所含水蒸汽的绝对绝对 含量 或者浓浓度或者密度，一般用符号号AH表示。相 对湿对湿 度是指被测气测气 体中蒸汽压压和该气该气 体在相 同温温度下饱饱和水蒸气压气压 的百分比，一般用符 号号RH表示。相对湿对湿 度给给出大气气的潮湿湿程度， 它它是一个个无量纲纲的量，在实际实际 使用中多使用 相对湿对湿 度这这一概概念。 10.2 湿敏传传感器 水的饱饱和蒸气压随温气压随温 度的降低而逐渐渐下降。在同 样样的空气气水蒸气压气压 下，温温度越低，则则空气气的水蒸 气压与气压与 同温温度下水的饱饱和蒸气压气压 差值值越小。当当空 气温气温 度下降到某一温温度时时，空气气中的水蒸气压与气压与 同温温度下水的饱饱和水蒸气压气压 相等。此时时，空气气中 的水蒸气将气将 向液相转转化而凝结结成露珠，相对湿对湿 度 为为100RH。该温该温 度称为称为 空气气的露点温温度，简称简称 露点。如果这这一温温度低于0时时，水蒸气将结气将结 霜， 又称为称为 霜点温温度。两两者统称为统称为 露点。空气气中水蒸 气压气压 越小，露点越低，因而可用露点表示空气气中 的湿湿度。 10.2 湿敏传传感器 根据水分子易于吸附在固体表面并并渗透到固体内内 部的这种这种 特性（即水分子亲亲和力），湿湿敏传传感器 可分为为水分子亲亲和力型湿湿敏传传感器和非水分子亲亲 和力型湿湿敏传传感器。 下面介绍绍一些至今发发展比较较成熟的几类湿类湿 敏传传感 器。 10.2 湿敏传传感器 氯氯化锂湿锂湿 敏电电阻是利用吸湿湿性盐类盐类 潮解，离子导电导电 率发发 生变变化而制成的测湿测湿 元件。该该元件的结构结构 如图图10 -3所示，由引线线、基片、感湿层与电极组湿层与电极组 成。 图图10-3 湿湿敏电电阻结构结构 示意图图 1-引线线；2-基片；3-感湿层湿层 ；4-金属属 电极电极 10.2.1 氯氯化锂湿锂湿 敏电电阻 10.2 湿敏传传感器 氯氯化锂锂通常与与聚乙烯烯醇组组成混合体，在氯氯化锂锂（LiCl） 溶液中，Li和Cl均以正负负离子的形式存在，而Li+对对水分 子的吸引力强，离子水合程度高，其溶液中的离子导电导电 能 力与浓与浓 度成正比。当当溶液置于一定温湿场温湿场 中，若环环境相 对湿对湿 度高，溶液将将吸收水分，使浓浓度降低，因此，其溶液 电电阻率增高。反之，环环境相对湿对湿 度变变低时时，则则溶液浓浓度 升高，其电电阻率下降，从从而实现对湿实现对湿 度的测测量。 氯氯化锂湿锂湿 敏元件的优优点是滞滞后小，不受测试环测试环 境风风速影 响响，检测检测 精度高达达5%，但其耐热热性差，不能用于露点 以下测测量，器件性能的重复复性不理想，使用寿寿命短。 10.2 湿敏传传感器 10.2.2 半导导体陶瓷湿湿敏电电阻 半导导体陶瓷湿湿敏电电阻通常是用两种两种 以上的金属氧属氧 化物半导导体材料混合烧结烧结 而成的多孔陶瓷。这这些 材料有ZnO-LiO-V2O5系、 Si-Na2O-V2O5系、 TiO2-MgO-Cr2O3系、Fe3O4等，前三种种材料的 电电阻率随湿随湿 度增加而下降，故称为负称为负 特性湿湿敏半 导导体陶瓷，最后一种种的电电阻率随湿随湿 度增大而增大 ，故称为称为 正特性湿湿敏半导导体陶瓷（为叙为叙 述方便， 有时将时将 半导导体陶瓷简称为简称为 半导导瓷）。 10.2 湿敏传传感器 1.负负特性湿湿敏半导导瓷的导电导电 机理 由于水分子中的氢氢原子具有很强的正电场电场 ， 当当水在半导导瓷表面吸附时时，就有可能从从半导导 瓷表面俘获电获电 子，使半导导瓷表面带负电带负电 。如 果该该半导导瓷是型半导导体，则则由于水分子吸 附使表面电势电势 下降，将将吸引更多的空穴到达达 其表面，于是，其表面层层的电电阻下降。 10.2 湿敏传传感器 若该该半导导瓷为为型，则则由于水分子的附着使 表面电势电势 下降，如果表面电势电势 下降较较多，不 仅仅使表面层层的电电子耗尽尽，同时时吸引更多的空 穴达达到表面层层，有可能使到达达表面层层的空穴 浓浓度大于电电子浓浓度，出现现所谓谓表面反型层层， 这这些空穴称为称为 反型载载流子。 10.2 湿敏传传感器 它们它们 同样样可以在表面迁迁移而对电导对电导 做出贡献贡献 ，由此可见见，不论论是型还还是型半导导瓷， 其电电阻率都随湿随湿 度的增加而下降。图图10-4表 示了几种负种负 特性半导导瓷阻值与湿值与湿 度之关关系。 图图10-4 几种种半导导瓷湿湿敏负负特性 10.2 湿敏传传感器 2.正特性湿湿敏半导导瓷的导电导电 机理 正特性湿湿敏半导导瓷的导电导电 机理的解释释可以认认 为这类为这类 材料的结构结构 、电电子能量状态与负状态与负 特性 材料有所不同。当当水分子附着半导导瓷的表面使 电势变负时电势变负时 ，导导致其表面层电层电 子浓浓度下降， 但还还不足以使表面层层的空穴浓浓度增加到出现现 反型程度，此时时仍以电电子导电为导电为 主。 10.2 湿敏传传感器 于是，表面电电阻将将由于电电子浓浓度下降而加大 ，这类这类 半导导瓷材料的表面电电阻将随湿将随湿 度的增 加而加大。如果对对某一种种半导导瓷，它它的晶粒 间间的电电阻并并不比晶粒内电内电 阻大很多，那么么表 面层电层电 阻的加大对总电对总电 阻并并不起多大作用。 10.2 湿敏传传感器 不过过，通常湿湿敏半导导瓷材料都是多孔的，表面 电导电导 占的比例很大，故表面层电层电 阻的升高， 必将将引起总电总电 阻值值的明显显升高；但是，由于 晶体内内部低阻支路仍然存在，正特性半导导瓷的 总电总电 阻值值的升高没没有负负特性材料的阻值值下降 得那么么明显显。图图10-5给给出了Fe3O4正特性半 导导瓷湿湿敏电电阻阻值与湿值与湿 度的关关系曲线线。 10.2 湿敏传传感器 图图10-5 Fe3O4半导导瓷湿湿敏电电阻特性 10.2 湿敏传传感器 3. 典型半导导瓷湿湿敏元件 (1) MgCr2O4-TiO2湿湿敏元件 氧氧化镁复镁复 合氧氧化物二氧氧化钛湿钛湿 敏材料通常制 成多孔陶瓷型“湿湿电电”转换转换 器件，它它是负负特性半 导导瓷，MgCr2O4为为型半导导体，它它的电电阻率低， 阻值温值温 度特性好，结构结构 如图图10-6所示。 10.2 湿敏传传感器 图10-6 MgCr2O4-TiO2陶瓷湿度传感器结构 10.2 湿敏传传感器 图10-7 MgCr2O4-TiO2陶瓷湿度传感器相对湿度与电阻的关系 MgCr2O4-TiO2陶瓷湿湿度传传感器的相对湿对湿 度与电与电 阻值值 之间间的关关系，见图见图 10-7所示。传传感器的电电阻值既随值既随 所 处环处环 境的相对湿对湿 度的增加而减减少，又随随周围环围环 境温温度 的变变化而有所变变化。 10.2 湿敏传传感器 （2）ZnO-Cr2O3陶瓷湿敏元件 ZnO-Cr2O3湿湿敏元件的结构结构 是将将多孔材料的电极电极 烧结烧结 在多孔陶瓷圆圆片的两两表面上，并焊并焊 上铂铂引线线 ，然后将将敏感元件装入有网网眼过滤过滤 的方塑料盒中用 树树脂固定而做成的，其结构结构 如图图10-8。 图10-8 ZnO-Cr2O3陶瓷湿敏传感器结构 10.3 色敏传传感器 半导导体色敏传传感器是半导导体光敏感器件中 的一种种。它它是基于内内光电电效应将应将 光信号转换为号转换为 电电信号号的光辐辐射探测测器件。但不管是光电导电导 器件 还还是光生伏特效应应器件，它们检测它们检测 的都是在一定 波长长范围内围内 光的强度，或者说说光子的数数目。而半 导导体色敏器件则则可用来来直接测测量从从可见见光到近红红 外波段内单内单 色辐辐射的波长长。这这是近年来来出现现的一 种种新型光敏器件。 10.3 色敏传传感器 10.3.1 半导导体色敏传传感器的基本原理 半导导体色敏传传感器相当当于两两只结结深不同的光电电 极极二极极管的组组合，故又称称光电双结电双结 二极极管。其 结构结构 原理及等效电电路如图图10-9所示。为为了说说明 色敏传传感器的工作原理，有必要了解光电电二极极 的工作机理。 图10-9 半导体色敏传感器结构 10.3 色敏传传感器 1.光电电二极极管的工作原理 对对于用半导导体硅制造的光电电二极极管，在受光照 射时时，若入射光子的能量h大于硅的禁带宽带宽 度 Eg，则则光子就激发发价带带中的电电子跃迁跃迁 到导带导带 而 产产生一对电对电 子-空穴。这这些由光子激发发而产产生 的电电子空穴统称为统称为 光生载载流子。光电电二极极管 的基本部分是一个个-结结，产产生的光生载载流子 只要能扩扩散到势垒区势垒区 的边边界。 10.3 色敏传传感器 其中少数载数载 流子（专专指P区区中的电电子和N区区的空 穴）就受势垒区势垒区 强电场电场 的吸引而被拉向对对面区区 域，这这部分少数载数载 流子对电对电 流做出贡献贡献 。多数数 载载流子（P区区中的空穴或N区区中的电电子）则则受势势 垒区电场垒区电场 的排斥而留在势垒区势垒区 的边缘边缘 。在势垒势垒 区内产区内产 生的光生电电子和光生空穴，则则分别别被电电 场扫场扫 向N区区和P区区，它们对电它们对电 流也有贡献贡献 。 10.3 色敏传传感器 用能带图来带图来 表示上述过过程如图图10-10（a）所 示。图图中Ec表示导带导带 底能量；Ev表示价带顶带顶 能量。“”表示带带正电电荷的空穴；“”表示电电 子。IL表示光电电流，它它由势垒区两边势垒区两边 能运动运动 到势垒边缘势垒边缘 的少数载数载 流子和势垒区势垒区 中产产生的 电电子-空穴对构对构 成，其方向是由N区区流向P区区 ，即与与无光照射P-N结结的反向饱饱和电电流方向 相同。 10.3 色敏传传感器 图图10-10 光照下的P-N结结 10.3 色敏传传感器 当当P-N结结外电电路短路时时，这个这个 光电电流将将全部 流过过短接回路，即从从P区区和势垒区势垒区 流入N区区的 光生电电子将将通过过外短接回路全部流到P区电极区电极 处处，与与P区区流出的光生空穴复复合。因此，短接 时时外回路中的电电流是IL，方向由P端经经外接回 路流向N端 。这时这时 ，P-N结结中的载载流子浓浓度 保持平衡值值，势垒势垒 高度（图图10-10（a）中的 q（UD-U）亦无变变化。 10.3 色敏传传感器 当当P-N结开结开 路或接有负载时负载时 ，势垒区电场势垒区电场 收 集的光生载载流子便要在势垒区两边积势垒区两边积 累，从从 而使P区电区电 位升高，N区电区电 位降低，造成一个个 光生电动势电动势 ，如图图10-10（b）所示。该电动该电动 势势使原P-N结结的势垒势垒 高度下降为为q（UD-U） ）。其中V即光生电动势电动势 ，它它相当当于在P-N 结结上加了正向偏压压。只不过这过这 是光照形成的 ，而不是电电源馈馈送的，这称为这称为 光生电压电压 ，这这 种现种现 象就是光生伏特效应应。 10.3 色敏传传感器 光在半导导体中传传播时时的衰减减是由于价带电带电 子 吸收光子而从从价带跃迁带跃迁 到导带导带 的结结果，这种这种 吸收光子的过过程称为称为 本征吸收。硅的本征吸收 系数随数随 入射光波长变长变 化的曲线线如图图10-11所 示。由图图可见见，在红红外部分吸收系数数小，紫 外部分吸收系数数大。这这就表明，波长长短的光子 衰减减快，穿透深度较浅较浅 ，而波长长长长 的光子则则 能进进入硅的较较深区区域。 10.3 色敏传传感器 图10-11 吸收系数随波长的变化 10.3 色敏传传感器 对对于光电电器件而言，还还常用量子效率来来表征 光生电电子流与与入射光子流的比值值大小。其物理 意义义是指单单位时间内时间内 每入射一个个光子所引起 的流动电动电 子数数。根据理论计论计 算可以得到，P区区 在不同结结深时时量子效率随随波长变长变 化的曲线线如 图图10-12所示。图图中xj即表示结结深。浅浅的P-N 结结有较较好的蓝蓝紫光灵灵敏度，深的P-N结则结则 有 利于红红外灵灵敏度的提高，半导导体色敏器件正是 利用了这这一特性。 10.3 色敏传传感器 图图10-12 量子效应随应随 波长长的变变化 10.3 色敏传传感器 2半导导体色敏传传感器工作原理 在图图10-9中所表示的P -N-P不是晶体管，而是结结深 不同的两个两个 P -N结结二极极管，浅结浅结 的二极极管是P -N 结结；深结结的二极极管是P-N结结。当当有入射光照射时时， P 、N、P三个区个区 域及其间间的势垒区势垒区 中都有光子吸 收，但效果不同。如上所述，紫外光部分吸收系数数大 ，经过经过 很短距离已基本吸收完毕毕。在此，浅结浅结 的即 是光电电二极极管对对紫外光的灵灵敏度高，而红红外部分吸 收系数较数较 小，这类这类 波长长的光子则则主要在深结区结区 被吸 收。因此，深结结的那只光电电二极极管对红对红 外光的灵灵敏 度较较高。 10.3 色敏传传感器 这这就是说说，在半导导体中不同的区区域对对不同的波长长分 别别具有不同的灵灵敏度。这这一特性给给我们们提供了将这将这 种种器件用于颜颜色识别识别 的可能性，也就是可以用来测来测 量入射光的波长长。将两将两 只结结深不同的光电电二极极管组组 合，图图10-13硅色敏管中VD1和VD2的光谱响应谱响应 曲线线 就构构成了可以测测定波长长的半导导体色敏传传感器。在具 体应应用时时，应应先对该对该 色敏器件进进行标标定。 10.3 色敏传传感器 图10-13 硅色敏管中VD1和VD2的光谱响应曲线 10.3 色敏传传感器 也就是说说，测测定不同波长长的光照射下，该该器件中两两只 光电电二极极管短路电电流的比值值ISD2/ISD1，ISD1是浅结浅结 二 极极管的短路电电流，它它在短波区较区较 大。ISD2是深结结二极极 管的短路电电流，它它在长长波区较区较 大，因而二者的比值与值与 入射单单色光波长长的关关系就可以确定。根据标标定的曲线线 ，实测实测 出某一单单色光时时的短路电电流比值值，即可确定该该 单单色光的波长长。图图10-13表示了不同结结深二极极管的光 谱响应谱响应 曲线线。图图中VD1代表浅结浅结 二极极管，VD2代表深 结结二极极管。 10.3 色敏传传感器 10.3.2 半导导体色敏传传感器的基本特征 1光谱谱特性 半导导体色敏器件的光谱谱特性是表示它它所能检测检测 的波长长范围围 ，不同型号号之间间略有差别别。图图10-14（a）给给出了国产国产 CS 型半导导体色敏器件的光谱谱特性，其波长长范围围是 4001000nm。 2短路电电流比波长长特性 短路电电流比波长长特性是表征半导导体色敏器件对对波长长的识识 别别能力，是赖赖以确定被测测波长长的基本特性。图图10-14（b ）表示上述CS型半导导体色敏器件的短路电电流比波长长 特性曲线线。 10.3 色敏传传感器 图图10-14 半导导体色敏器件特性 10.3 色敏传传感器 3.温温度特性 由于半导导体色敏器件测测定的是两两只光电电二极极管短 路电电流之比，而这两这两 只光电电二极极管是做在同一块块 材料上的，具有相同的温温度系数数，这种内这种内 部补偿补偿 作用使半导导体色敏器件的短路电电流比对温对温 度不十分 敏感，所以通常可不考虑温虑温 度的影响响。 10.4 半导导体式传传感器的应应用 10.4.1 瓦斯烟雾检雾检 测仪测仪 图图10-15 瓦斯烟雾传雾传 感器电电 路 10.4 半导导体式传传感器的应应用 图图10-15为为瓦斯烟雾传雾传 感器电电路，本电电路可侦侦 测厨测厨 房瓦斯泄漏、浴室一氧氧化碳碳毒气气、屋内内香 烟废气废气 警报报。U1-d组组成一个临个临 界准位电电路，当当 第13脚的电压电压 比第12脚的电压电压 高时时（即瓦斯 浓浓度比预预定值值低）, U1-d的输输出为为低电电位，对对 R8，C1组组成的积积分电电路没没作用，因此U1-c的输输 出为为低电电位，故U2，NE555振荡荡器没动没动 作， 输输出为为零。 10.4 半导导体式传传感器的应应用 当当瓦斯、烟雾雾或者一氧氧化碳碳的浓浓度被传传感器 所接受时时，第12脚的正电电位逐渐渐增加，以至 于超过过第13脚的设设定值值，故U1-d的输输出为为正 电电位电压电压 ，此电压对电压对 R8，C1充电电，此充电电电电 压压超过过第9脚的电压值时电压值时 ，接到NE555的控 制电压为电压为 高电电位，因此振荡荡器动动作。 10.4 半导导体式传传感器的应应用 由R13，R14及C3组组成的无稳态电稳态电 路由第3脚输输 出一个连续个连续 的脉冲波。直到当当瓦斯浓浓度低于 设设定值时值时 ，警报报才予以解除。如图图10-5所示 的传传感器检测电检测电 路也可用于检测检测 酒精，不同 的在于将将瓦斯传传感器改成酒精传传感器而已。 10.4 半导导体式传传感器的应应用 10.4.2 室内湿内湿 度检测仪检测仪 该该室内湿内湿 度温温度测测量仪仪的主要功能是检测检测 室内内 环环境下的湿湿度，其次还还有温温度检测检测 功能。它它可用 于车间车间 、仓库仓库 、部分实验实验 室等场场合的湿湿度温温度 检测与检测与 控制。传传感器采用的是阻抗式湿湿度传传感器 ，型号为号为 H104R。在环环境温温度25，该传该传 感器的 供电频电频 率为为lkHz的情况况下，40%RH时时阻抗为为 68k；60%RH时时阻抗为为29k；80%RH时时阻抗为为 7k。 10.4 半导导体式传传感器的应应用 图10-16 湿度检测仪 测测量电电路如图图10-16所示。 10.4 半导导体式传传感器的应应用 由于阻抗式传传感器需要交流电压电压 供电电，一般都需要 有振荡荡器。本电电路由文氏振荡荡器A1、电压电压 跟随随器 A2、温温度补偿补偿 器A5、加法器A3和电压电压 放大器A4等 组组成。文氏振荡荡器的振荡频荡频 率： 其振荡荡幅度由反馈馈量确定，调节电调节电 位器RP1,使输输出 电压为电压为 4.5V。文氏振荡荡器的输输出电压电压 作为为阻抗式 湿湿度传传感器的工作电压电压 。 10.4 半导导体式传传感器的应应用 电压电压 跟随随器主要起阻抗变换变换 作用，其电电路的输输 入阻抗很高，以减减弱对传对传 感器信号号的影响响。电电 压压跟随随器输输出的是交流信号号，而这这里的检测检测 信 号号需要直流，故在跟随随器后加了二极极管VD3整 流及10uF的电电容滤滤波，再加到加法器A3。 10.4 半导导体式传传感器的应应用 传传感器有0.7%RH/左右的温温度系数数，如果不采 取温温度补偿补偿 措施，随随着温温度的变变化，检测将检测将 失去 意义义。为为此采用了A5组组成的热热敏电电阻温温度补偿电补偿电 路，该电该电 路以相对湿对湿 度60%RH为为中心值值，在35 85%RH的范围内围内 ，检测检测 精度可达达4%RH，但要 达达到这样这样 的精度还与传还与传 感器性能有关关。 10.4 半导导体式传传感器的应应用 热热敏电电阻Rt与与24k电电阻并联并联 作为为反馈电馈电 阻 ，当温当温 度变变化后输输出与温与温 度成比例的信号号。 A5的输输出信号号，一路送到加法器进进行温温度补补 偿偿，另一路输输入到A6经经放大后输输出温温度检测检测 信号号。 A3输输出的经温经温 度补偿补偿 的湿湿度电压电压 信号号，再 经电压经电压 放大器A4。的放大，最后输输出与湿与湿 度 成比例的放大了的电压电压 信号号。 10.4 半导导体式传传感器的应应用 10.4.3 CO探测报测报 警器 冬季用煤炭取暖燃烧烧不充分，室内会内会 存在大量 一氧氧化碳碳，能引起煤气气中毒。本CO探测报测报 警器 可用于对对室内内CO含量进进行检测报检测报 警。本探测测 器可使用专专用一氧氧化碳传碳传 感器UL281或MQ- Y1型半导导体气